Creep Tester Pada Material Logam

Ilmu tentang logam adalah ilmu mengenai material logam yang dimana ilmu ini berkembang bukan karena berdasarkan teori saja tetapi atas dasar pengamatan, pengukuran dan pengujian. Pengujian material logam pada saat ini semakin luas baik dalam konstruksi, bangunan, permesinan dan banyak bidang yang lainnya. Hal ini disebabkan karena sifat logam yang mampu diubah, sehingga pengetahuan tentang metalurgi seakan terus berkembang. Untuk mengetahui kualitas pada logam, pengujian berkaitandengan pemilihan bahan yang akan digunakan dalam konstruksi suatu alat, selain itu juga bisa untuk membuktikan suatu teori yang sudah ada atau penemuan baru dibidang metalurgi. Dalam proses perencanaan, dapat juga ditentukan jenis bahan maupun dimensinya, sehinggi apabila tidak sesuai dapat digantikan dengan yang lain.

 

Melalui pengujian ini diharapkan dapat mengetahui sifat - sifat logam seperti sifat fisik, mekanik dan lain - lain. Sifat mekanik merupakan kemampuan suatu material untuk menerima beban atau gaya tanpa menimbulkan kerusakan pada material tersebut. Seperti uji creep yang merupakan kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastis yang besarnya adalah fungsi waktu pada saat penerimaan beban yang besarnya cenderung besar.

 

Sifat mekanis pada suatu material adalah kemampuan material untuk menahan beban yang dikenakan kepadanya. Dimana beban tersebut dapat berupa beban tekan, tarik, bengkok, geser, puuntir serta beban kombinasi. Beberapa sifat logam seperti :

 

 

Kekuatan Logam (Strenght)
Kemampuan material untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan material tersebut patah.

 

Kekerasan Logam (Hardness)
Kemampuan material terhadap goresan, penetrasi, pengikisan. Sifat logam ini berkaitandengan sifat wear resistance.

 

Kekenyalan Logam (elasticity)
Kemampuan logam untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan perubahan bentuk setelah tegangan hilang.

 

Kekakuan Logam (Stiffness)
Kemampuan bahan untuk menerima tegangan atau beban tanpa mengalami perubahan bentuk.

 

Plastisitas Logam (Plasticity)
Kekmampuan logam untuk mengalami deformasi plastis yang permanen tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan.

 

Pengertian Uji Creep

Creep adalah aliran plastis yang terjadi pada material tegangan tetap. Meskipun sebagian besar pengujian dilakukan dengan keadaan beban tetap, tersedia peralatan yang mampu mengurangi pembebanan selama pengujian sebagai kompensasi akan terhadap pengurangan penampang benda uji. Pada temperatur relatif tinggi, creep terjadi pada semua level tegangan, akan tetapi pada temperatur tertentu laju creep bertambah dengan meningkatnya tegangan.

 

Creep atau yang biasa dikenal dengan mulur dalah deformasi perubahan bentuk permanen material fungsi terhadap waktu jika material tersebut diberikan beban tegangan konstan pada temperatur yang tinggi daintara butir-butir logam serta terjadi permanent deformasi pengecilan penampang dan akan terjadi patah untuk diagram rate pada creep umumnya bentuk kurva mulur ideal. Kemiringan pada kurva dinyatakan sebagai laju mulur atau creep rate. Mula-mula benda uji akan mengalami perpanjangan yang sangat cepat, eO, kemudian laju mulur akan turun terhadap waktu hingga mencapai keadaan yang hampir seimbang, dimana laju mulurnya mengalami perubahan yang sangat kecil terhadap waktu.

 

 

Pada tahan terahkir, laju mulur bertambah besar secara cepat hingga terjadi patah. Mekanisme yang terjadi pada tapan creep adalah sbb: Komponen pertama kurva mulur merupakan kurva transien, dimana laju mulurnya turun terhadap waktu. Pada tahap ini disebut mulur primer dimana hambatan mulur bahan akan bertambah besar karena pemulihan dari deformasi yang terjadi. Komponen yang kedua merupakan mulur viskos dengan laju mulur tetap. Pada tahap ini mulur yang kedia ini disebut dengan mulur sekunder, adlaah proses laju mulur hampir tetap. Hal ini disebabkan oleh terjadinya keseimbangan natara kecepatan proses pengerasan regang dan proses pemulihan. Oleh sebab itu mulur sekunder dinamakan laju jalur minimum. Dan pada tahap ketiga mulur tersier terjadi pada uji beban tetap pada temperatur dan tegangan yang tinggi. Mulur tersier terjadi apabila terdapat pengurangan efektif pada luas penampang lintang yang siakibatkan oleh penyempitan setempat atau pembentukan rongga internal.

 

Baca Juga Artikel Ini!

Pengujian Kualitas Logam Dengan Electronic Creep Testing Machine

 

Hasil uji creep pada uji creep dapat dilihat pada contoh 1 menunjukan bahwa sampel B-4 pada kondisi 800 oC dan applied strees 80,7 MPa mempunyai time to rupture yang sangat besar dibandingkan dengan sampel yang lainnya, sedangkan time to rupture yang sangan rendah diperoleh pada sampel B-1 pada kondisi 800 oC dan apllied stress

 

Contoh 1. Grafik gabungan hasil uji creep
Pada temperatur tinggi, fenomena creep menunjukkan kurva dengan tiga daerah creep yaitu creep primer, sekunder, dan tertier. Diasumsikan parameter creep yang paling berpengaruh adalah creep sekunder atau creep keadaan tunak. Laju creep sekunder ini bergantung pada temperatur dan tegangan yang dinyatakan sebagai:
(1)
Dimana, A= konstanta, n = stress exponent, R = tetapan gas, (8,31 J/mol.K). T = temperatur dalam Kelvin, Qc = energi aktivasi untuk creep (Joule/mol).Persamaan di atas dikenal sebagai Power Law Relationship yang dapat menjelaskan dengan baik perilaku creep pada temperatur tinggi. Dari eksperimen diperoleh nilai n dan Qc bervariasi sesuai kondisi tegangan dan temperatur. Perubahan nilai n dan Qc ini berkaitan dengan perubahan mekanisme creep.

 

Percobaan uji creep dengan variasi tegangan aplikasi bertujuan untuk menentukan harga konstanta n. Sedangkan percobaan uji creep dengan variasi temperatur aplikasi bertujuan untuk menentukan harga energi aktivasi Q. Apabila persamaan (1) di atas dilogaritmakan maka menghasilkan:
(2) Penentuan harga n didapatkan dengan membuat grafik seperti pada gambar 3. Harga n didapat dengan :
(3)
Sedangkan harga Q didapat dengan :
(4)

 

Tabel 1. Hasil Pengolahan Data
T
(K) ? min
(s -1) Σ
(Mpa) Log σ Log ? min T
(K) ? min
(s -1) σ
(Mpa) I/T
(K -1) Log ? min
1073 0.000235 134.5 2.12872 -3.628102 1073 1.14E-05 80.7 0.00093 -4.943813
1073 5.09E-05 107.6 2.03181 -4.293061 1123 3.3E-05 80.7 0.00089 -4.481443
1073 1.14E-05 80.7 1.90687 -4.943813 1173 8.74E-05 80.7 0.00085 -4.058497

 

Dari hasil pegolahan data dan grafik diperoleh n = 6 dan energi aktivasi Q = 213,36 kJ/mol. Nilai n = 6 tersebut menunjukkan bahwa pada material baja 15,83Cr-11,39Ni-1,7Mn-1,96Mo mekanisme deformasi dikendalikan oleh power law dislocation, hal ini dikarenakan terjadi loncatan-loncatan dislokasi pada daerah power law creep. Sedangkan besarnya Q = 313, 36 kJ/mol menunjukkan bahwa pergerakan dislokasi yang mengakibatkan creep berlangsung melalui lattice self diffussion dalam besi γ. Adapun nilai n dan Q untuk berbagai material dapat dilihat pada tabel 2 di bawah ini.

 

 

Tabel 2. Harga n dan Q untuk berbagai material
No. Komposisi Kimia Suhu
oC Koefisien di daerah Tegangan Rendah Koefisien di daerah Tegangan Tinggi Deskripsi
n Q
kJ/mol n Q
kJ/mol
1 Baja 1,25 Cr-0,5Mo 510-620 4 400 10 625 Batas butir sliding pada tegangan rendah dan matriks terdeformasi pada tegangan tinggi
2 Baja 2,25Cr – 1Mo 565 2,5 – 12 – Deformasi terjadi karena adanya deformasi matriks
3 Baja 1 Cr – 0,5Mo, HAZ 550 – 605 3 300 6 300 Mekanisme diffusi pada tegangan rendah dan mekanisme dislokasi pada tegangan tinggi
4 Baja 1 Cr – 0,5Mo, Base Metal 550 – 605 5,6 – 5,6 – –
5 Baja Cr-Mo-V 550 – 600 4,9 326 14,3 503 Loncatan dislokasi melalui partikel pada tegangan rendah dan bowing antara partikel pada tegangan tinggi
6 Baja 20Cr-2,5Ni-Nb 750 3-4,7 465-532 8-12 440-494 Adanya perubahan sliding batas butir menjadi deformasi matriks
7 Baja 20Cr-2,5Ni-Nb 750 2-5 250-390 – – Adanya deformasi matriks pada n>3

8 Baja 20Cr-2,5Ni-Nb 700-750 6-8,4 678 pada σ=79MPa – – Adanya presipitat karbida NbC.